微电子学为研究人员提供了生物机器人的遥控器

首先，他们走了。然后，他们看到了曙光。现在，微型生物机器人又有了新招数：遥控。

混合“eBiobots”是第一个将软材料，活肌肉和微电子相结合的机器人，伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校，西北大学和合作机构的研究人员说。他们在《科学机器人》杂志上描述了他们的厘米级生物机器。

“整合微电子允许生物世界和电子世界的合并，两者都有许多自己的优势，现在生产这些电子生物机器人和机器，未来可用于许多医疗，传感和环境应用，”研究共同负责人Rashid Bashir说，伊利诺伊州生物工程教授和格兰杰工程学院院长。

巴希尔的团队率先开发了生物机器人，这是一种小型生物机器人，由在柔软的3D打印聚合物骨架上生长的小鼠肌肉组织提供动力。他们在2012年展示了行走的生物机器人，在2016年展示了光激活的生物机器人。光激活给了研究人员一些控制，但实际应用受到如何在实验室环境之外将光脉冲传递给生物机器人的问题的限制。

这个问题的答案来自西北大学教授约翰·A·罗杰斯(John A. Rogers)，他是柔性生物电子学的先驱，他的团队帮助集成了微型无线微电子和无电池微型LED。这使得研究人员能够远程控制电子生物机器人。

“这种技术和生物学的不寻常组合为创建自我修复，学习，进化，交流和自组织工程系统开辟了巨大的机会。我们认为这是未来研究的沃土，在生物医学和环境监测方面具有特定的潜在应用，“西北大学材料科学与工程，生物医学工程和神经外科教授，奎里辛普森生物电子研究所所长罗杰斯说。

为了让生物机器人具有实际应用所需的移动自由度，研究人员着手消除笨重的电池和系留线。eBiobots使用接收器线圈来收集功率并提供稳定的输出电压来为微型LED供电，共同第一作者，休斯顿大学生物医学工程助理教授Zhengwei Li说。

研究人员可以向eBiobots发送无线信号，提示LED脉冲。LED刺激光敏工程肌肉收缩，移动聚合物腿，使机器“行走”。微型LED非常有针对性，它们可以激活肌肉的特定部分，使eBiobot转向所需的方向。

研究人员使用计算建模来优化eBiobot设计和组件集成，以实现稳健性，速度和可操作性。伊利诺伊州机械科学与工程教授Mattia Gazzola领导了eBiobots的仿真和设计。支架的迭代设计和增材3D打印允许快速循环实验和性能改进，Gazzola和共同第一作者，Gazzola实验室的博士后研究员Xiaotian Zhang说。

该设计允许未来可能集成其他微电子设备，例如化学和生物传感器，或3D打印支架部件，用于推动或运输生物机器人遇到的东西等功能，共同第一作者Youngdeok Kim说，他在伊利诺伊州完成这项工作作为研究生。

研究人员说，电子传感器或生物神经元的集成将使eBiobots能够感知和响应环境中的毒素，疾病的生物标志物以及更多的可能性。

“在开发有史以来第一个混合生物电子机器人时，我们正在为医疗保健创新应用的新范式打开大门，例如原位活检和分析，微创手术甚至人体内的癌症检测，”李说。

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